JP2018098832A - モータ制御装置、および、これを用いた電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、モータ回転状態の変化によるモータ電流の変動を抑制可能なモータ制御装置、および、これを用いた電動パワーステアリング装置を提供することにある。
インバータ回路は、スイッチング素子(21〜26)を有する。
電流検出部は、コイルに流れる電流を検出する。回転角検出部は、モータの回転角を検出する。
制御部は、電圧指令値演算部(62、162、262、362)、基本補正電圧演算部(56)、実施判断部(57、157、257、357)、電圧補正部(63、163、263)、および、前回補正電圧出力部(58、158、258、358)を有する。
電圧指令値演算部は、電流指令値と、電流検出部から取得される検出値に基づく値である電流検出値とに基づいて電圧指令値を演算する。
基本補正電圧演算部は、回転角検出部の検出値に基づいて演算される回転角加速度に応じた基本電圧補正値を演算する。
電圧補正部は、電圧補正値に基づき、電圧指令値を補正する。
前回補正電圧出力部は、電圧補正値の前回値を、電圧指令値演算部にフィードバックする。
これにより、モータ回転状態の変化によるモータ電流の変動を適切に抑制することができる。
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態を図1〜図10に基づいて説明する。
図1に示すように、モータ制御装置1は、モータ80とともに、運転者によるステアリング操作を補助する電動パワーステアリング装置8に適用される。
ステアリングシャフト92の先端には、ピニオンギア96が設けられる。ピニオンギア96は、ラック軸97に噛み合っている。ラック軸97の両端には、タイロッド等を介して一対の車輪98が連結される。
電源入力回路10は、電源遮断部11、および、コンデンサ12を有し、バッテリ5とインバータ回路20との間に設けられる。
電源遮断部11は、バッテリ5からインバータ回路20側への電力供給を遮断可能である。コンデンサ12は、バッテリ5およびインバータ回路20と並列に接続される。コンデンサ12は、電荷を蓄えることで、インバータ回路20への電力供給を補助したり、サージ電流などのノイズ成分を抑制したりする。
本実施形態のSW素子21〜26は、MOSFETであるが、IGBTやサイリスタ等であってもよい。
U相電流検出素子31は、SW素子24の低電位側に接続され、U相コイル811に流れるU相電流Iuを検出する。U相電流検出素子31の両端電圧は、U相電流Iuに係る検出値として、制御部50に出力される。
V相電流検出素子32は、SW素子25の低電位側に接続され、V相コイル812に流れるV相電流Ivを検出する。V相電流検出素子32の両端電圧は、V相電流Ivに係る検出値として、制御部50に出力される。
W相電流検出素子33は、SW素子26の低電位側に接続され、W相コイル813に流れるW相電流Iwを検出する。W相電流検出素子33の両端電圧は、W相電流Iwに係る検出値として、制御部50に出力される。
回転角検出部45は、モータ80の回転角θを検出し、検出値を制御部50に出力する。
温度検出部47は、例えばサーミスタ等であって、モータ制御装置1の内部温度Tmpを検出し、検出値を制御部50に出力する。本実施形態では、内部温度Tmpは、インバータ回路20の温度とする。温度検出部47は、例えば、SW素子21〜26が放熱可能に設けられているヒートシンクに設けられる。温度検出部47の設置箇所は、モータ制御装置1の内部温度Tmpを検出可能ないずれの箇所に設けてもよい。
3相2相座標変換部54は、相電流Iu、Iv、Iwを、電気角θeに基づいてdq変換し、d軸電流検出値Idおよびq軸電流検出値Iqを演算する。
微分演算部55は、回転角θを1回微分し、回転角速度ωを演算する。また、微分演算部55は、回転角θを2回微分し、回転角加速度ωdotを演算する。
実施判断部57は、電圧補正値Va*によるq軸電圧指令値Vq*の補正を行うか否かを判定し、判定結果に応じた電圧補正値Va*を出力する。実施判断部57には、q軸電流指令値Iq*およびq軸電流検出値Iqが入力される。また、実施判断部57には、モータ80の回転速度に係る情報として、回転角速度ωおよび回転角加速度ωdotの少なくとも一方が入力される。本実施形態では、実施判断部57に回転角加速度ωdotが入力されるものとして説明する。
電圧補正処理の要否の判定および電圧補正値Va*の演算の詳細は、後述する。
q軸フィードバック制御部62は、PI演算等により、q軸電圧指令値Vq*を演算する。図4に示すように、q軸フィードバック制御部62は、P項制御量演算部621、I項制御量演算部622、前回指令電圧出力部623、および、加算器625を有する。
I項演算部622は、q軸電流偏差ΔIqに基づくI演算により、I項制御量Ciを演算する。
前回指令電圧出力部623は、q軸電圧指令値Vq*の前回値である前回電圧指令値Vq*(n−1)を、加算器625に出力する。
加算器625は、前回電圧指令値Vq*(n−1)に、P項制御量Cp、I項制御量Ci、および、前回電圧補正値Va*(n−1)を加算し、q軸電圧指令値Vq*を演算する。
d軸フィードバック制御部65は、PI演算等により、d軸電圧指令値Vd*を演算する。
2相3相座標変換部66は、d軸電圧指令値Vd*および補正後q軸電圧指令値Vq**を、電気角θeに基づいて逆dq変換し、3相電圧指令値Vu*、Vv*、Vw*を演算する。
PWM制御器67は、3相電圧指令値Vu*、Vv*、Vwをデューティ変換し、PWM制御により、スイッチング素子21〜26のオンオフ作動を制御する駆動信号を生成する。生成された駆動信号は、インバータ回路20に出力される。
最初のS101では、基本補正電圧演算部56は、回転角加速度ωdot、および、内部温度Tmpを取得する。
S102では、基本補正電圧演算部56は、回転角加速度ωdotに対してローパスフィルタ処理を行い、フィルタ後回転角加速度ωdot_lpfを演算する。フィルタ処理は、回転角θの1回微分値である回転角速度ωに対して行ってもよいし、電圧補正値Va*に対して行ってもよい。以下、ローパスフィルタを「LPF」とする。
S104では、基本補正電圧演算部56は、基本電圧補正値Vaを演算する。基本電圧補正値Vaは、式(1)で演算される。
Va=Ke×ωdot_lpf ・・・(1)
S106では、実施判断部57は、電圧補正値Va*による電圧補正処理を行うか否かを判断する。
本実施形態では、以下の(i)〜(iii)のいずれかが成立する場合、電圧補正処理を行うと判定する。また、(i)〜(iii)が全て成立する場合に電圧補正処理を行うと判定してもよい。また、(i)〜(iii)の一部を省略してもよい。なお、実施判定に用いないパラメータの取得は、省略してもよい。後述の実施形態における実施判断部についても同様である。
(ii)q軸電流検出値Iqとq軸電流指令値Iq*との差の絶対値が、所定の差分判定閾値より大きい場合、電圧補正処理を行うと判定する。
(iii)回転角加速度ωdotが所定の回転速度判定閾値より大きい場合、電圧補正処理を行うと判定する。回転角加速度ωdotに替えて、回転角速度ωに基づいて判断してもよいし、回転角加速度ωdotおよび回転角速度ωをともに用いて判定してもよい。また、回転角加速度ωdotや回転角速度ωに替えて、電気角速度や電気角加速度、または、操舵速度など、モータ80の回転速度と比例する値を用いてもよい。
S108では、実施判断部57は、前回と比較し、実施ゲインGを減少させる。また、前回の実施ゲインGが0であれば、G=0を継続する。
図6(a)は、実施判定結果を示しており、電圧補正処理を行うと判定された場合を「ON」、行わないと判定された場合を「OFF」とする。また、図6(b)〜(e)は、実施ゲインGのバリエーションを示している。
図6(b)の例では、電圧補正処理を行うと判定された場合、即時に実施ゲインG1を1としている。また、電圧補正処理を行わないと判定された場合、即時に実施ゲインG1を0としている。
図6(d)の例では、電圧補正処理を行うと判定された場合、LPF処理を行い、実施ゲインG3を1まで増加させる。また、電圧補正処理を行わないと判定された場合、LPF処理を行い、実施ゲインG2を0まで減少させる。
図6(e)の例では、電圧補正処理を行うと判定された場合、二次関数にて実施ゲインG4を1まで増加させる。また、電圧補正処理を行わないと判定された場合、図6(d)と同様、LPF処理を行い、実施ゲインG3を0まで減少させる。
Va*=Va×G ・・・(2)
また、本実施形態では、前回補正電圧出力部58を経由して、前回電圧補正値Va*(n−1)をq軸フィードバック制御部62に入力している。これにより、フィードバック制御を繰り返していくことで、電圧補正値Va*が積算されていくことになる。電圧補正値Va*が回転角速度ωの微分値である回転角加速度ωdotに基づく値であることに鑑みれば、電圧補正値Va*を積算していくことで、モータ理論式における逆起電圧に係る項(すなわち、Ke×ω)にてq軸電圧指令値Vq*を補正するのと同等の効果を得ることができる。
本実施形態では、モータ80が急停止する場合についてを説明したが、急加速される場合等も同様に、電流変動を抑制可能である。
インバータ回路20は、スイッチング素子21〜26を有する。
電流検出部30は、コイル81に流れる電流を検出する。
回転角検出部45は、モータ80の回転角θを検出する。
q軸フィードバック制御部62は、電流指令値Iq*と、電流検出部30から取得される検出値に基づく値である電流検出値Iqとに基づいて、電圧指令値Vq*を演算する。
基本補正電圧演算部56は、回転角検出部45の検出値に基づいて演算される回転角加速度ωdotに応じた基本電圧補正値Vaを演算する。
電圧補正部63は、電圧補正値Va*に基づき、電圧指令値Vq*を補正する。
前回補正電圧出力部58は、電圧補正値Va*の前回値である前回電圧補正値Va*(n−1)を、q軸フィードバック制御部62にフィードバックする。
また、電圧補正処理が不要である場合には、電圧補正処理を行わないようにしているので、フィードフォワード的に逆起電圧を常時補正する場合と比較し、電圧補正処理を行わない場合において、逆起電圧の歪みに等による電流変動を抑制することができる。
電圧補正値Va*は、所定の帯域を制限するフィルタを通過した値である。ここで、電圧補正値Va*のフィルタ処理に限らず、電圧補正値Va*の演算に用いられる値のいずれをフィルタ処理した場合についても、「電圧補正値Va*は、所定の帯域を制限するフィルタを通過した値である」という概念に含まれるものとする。これにより、電圧補正値Va*の急変を抑制することができる。
モータ制御装置1は、内部温度Tmpを検出する温度検出部47をさらに備える。
電圧補正値Va*は、内部温度Tmpに応じて可変である。詳細には、基本補正電圧演算部56における換算係数Keを内部温度Tmpに応じて可変としている。これにより、内部温度Tmpに応じた適切な電圧補正値Va*を演算することができる。
モータ80は、運転者によるステアリングホイール91の操舵を補助するアシストトルクを出力する。
減速ギア89は、モータ80の駆動力をステアリングシャフト92に伝達する。
本実施形態のモータ制御装置1では、モータ80の回転状態の急変時における電流変動が抑制されるので、モータ80の急停止時等における操舵系にかかる負荷を適切に抑制することができる。
本発明の第2実施形態を図11に示す。
本実施形態のモータ85は、2組のコイル86、87を有する。コイル86、87は、それぞれ、第1実施形態のコイル81と同様のU相コイル、V相コイルおよびW相コイルからなる。
第1インバータ回路120は、第1コイル86に対応して設けられ、第2インバータ回路220は、第2コイル87に対応して設けられる。
第2電流検出部230は、第2系統の各相電流Iu2、Iv2、Iw2を検出する電流検出素子231〜233を有する。
本実施形態では、実施判断部157、257は、系統ごとに設けられている。
第1実施判断部157は、第1q軸電流検出値Iq1、第1q軸電流指令値Iq1*と第1q軸電流検出値Iq1との差の絶対値、もしくは、回転角加速度ωdotの少なくとも1つに基づき、電圧補正処理の要否判断を行う。また、電圧補正処理の要否判断に応じた第1電圧補正値Va1*を演算する。電圧補正処理の要否判断や第1電圧補正値Va1*の演算は、第1実施形態の電圧補正値Va*と同様である。
第1電圧補正部163では、第1q軸電圧指令値Vq1*に第1電圧補正値Va1*を加算し、第1補正後q軸電圧指令値Vq1**を演算する。
第2電圧補正部263は、第2q軸電圧指令値Vq2*に第2電圧補正値Va2*を加算し、第2補正後q軸電圧指令値Vq2**を演算する。
複数系統とすることで、一方の系統に異常が生じた場合であっても、他方の系統にてモータ85の駆動を継続することができる。
ここで、対応して設けられるコイル86、87と、インバータ回路120、220との組み合わせを系統とする。
これにより、q軸電圧指令値Vq1*、Vq2*を、系統ごとに適切に演算することができる。
本実施形態では、q軸フィードバック制御部162、262が「電圧指令値演算部」に対応する。
また、上記実施形態と同様の効果を奏する。
本発明の第3実施形態を図12に示す。
本実施形態は、第2実施形態と同様、モータ85がコイル86、87を有し、第1コイル86に対応して第1インバータ回路120が設けられ、第2コイル87に対応して第2インバータ回路220が設けられる。また、本実施形態では、2系統の電流和を制御している。第4実施形態も同様である。以下、電流和の制御に係る構成を300番台で符番し、下2桁が第1実施形態に係る構成の符番と同じであれば、同様の処理を行うものであるので、適宜説明を省略する。
d軸電流加算器352は、第1d軸電流検出値Id1と第2d軸電流検出値Id2とを加算し、d軸電流和Id_sを演算する。
d軸フィードバック制御部365は、第1d軸電圧指令値Vd1*および第2d軸電圧指令値Vd2*を演算する。d軸フィードバック制御部365では、第1実施形態のd軸フィードバック制御部65と同様の演算を行う。また、q軸の電圧指令と同様、第1d軸電圧指令値Vd1*と第2d軸電圧指令値Vd2*とが等しいものとし、d軸フィードバック制御部365は、d軸電圧指令値Vd_s*の(1/2)の値をVd1*、Vd2*として出力する。第1の2相3相座標変換部166に出力される値を第1d軸電圧指令値Vd1*とし、第2の2相3相座標変換部266に出力される値を第2d軸電圧指令値Vd2*とする。
前回補正電圧出力部358は、電圧補正値Va*の前回値を、q軸フィードバック制御部362に出力する。
第2電圧補正部263では、第2実施形態と同様、第2q軸電圧指令値Vq2*に第2電圧補正値Va2*を加算し、補正後第2q軸電圧指令値Vq2**を演算する。
これにより、電流和に基づき、q軸電圧指令値Vq1*、Vq2*を適切に演算することができる。
また、上記実施形態と同様の効果を奏する。
本実施形態では、q軸フィードバック制御部362が「電圧指令値演算部」に対応する。
本発明の第4実施形態を図13に示す。
図13に示すように、制御部72は、微分演算部55、基本補正電圧演算部56、実施判断部157、257、前回補正電圧出力部358、補正電圧加算器359、電流加算器351、352、q軸減算器361、q軸フィードバック制御部362、d軸減算器364、d軸フィードバック制御部365、電圧補正部163、263等を備える。
すなわち、本実施形態では、電圧指令値Vd1*、Vq1*、Vd2*、Vq2*は、第3実施形態と同様、電流和に基づいて演算される。
このように構成しても、上記実施形態と同様の効果を奏する。
上記実施形態では、q軸電圧指令値に対して電圧補正処理を行う。他の実施形態では、q軸電圧指令値に替えて、デューティ換算後の値に対して電圧補正処理を行ってもよい。また、q軸以外の電圧指令値に対して電圧補正処理を行ってもよい。
上記実施形態では、フィードバック制御部では、PI演算により電圧指令値を演算する。他の実施形態では、フィードバック制御部における電圧指令値の演算は、PI演算に限らず、P演算やPID演算等、どのような演算としてもよい。
上記実施形態では、系統数は1または2である。他の実施形態では、系統数を3以上としてもよい。
以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。
20、120、220・・・インバータ回路
30、130、230・・・電流検出部
45・・・回転角検出部
50、70、71、72・・・制御部
56・・・基本補正電圧演算部
57、157、257、357・・・実施判断部
58、158、258、358・・・前回補正電圧出力部
62、162、262、362・・・q軸フィードバック制御部(電圧指令値演算部)
63、163、263・・・電圧補正部
Claims (14)
- コイル(81、86、87)を有するモータ(80、85)を制御するモータ制御装置であって、
スイッチング素子(21〜26)を有するインバータ回路(20、120、220)と、
前記コイルに流れる電流を検出する電流検出部(30、130、230)と、
前記モータの回転角を検出する回転角検出部(45)と、
前記スイッチング素子を制御することで前記モータの駆動を制御する制御部(50、70、71、72)と、
を備え、
前記制御部は、
電流指令値と前記電流検出部から取得される検出値に基づく値である電流検出値とに基づいて電圧指令値を演算する電圧指令値演算部(62、162、262、362)、
前記回転角検出部の検出値に基づいて演算される回転角加速度に応じた基本電圧補正値を演算する基本補正電圧演算部(56)、
前記電圧指令値を補正する電圧補正処理を行うか否かを判定し、前記基本電圧補正値に応じた電圧補正値を出力する実施判断部(57、157、257、357)、
前記電圧補正値に基づき、前記電圧指令値を補正する電圧補正部(63、163、263)、
および、前記電圧補正値の前回値を前記電圧指令値演算部にフィードバックする前回補正電圧出力部(58、158、258、358)を有するモータ制御装置。 - 前記実施判断部は、前記電流指令値および前記電流検出値の少なくとも一方に基づき、前記電圧補正処理を行うか否かを判定する請求項1に記載のモータ制御装置。
- 前記実施判断部は、前記電流指令値と前記電流検出値との差に基づき、前記電圧補正処理を行うか否かを判定する請求項1または2に記載のモータ制御装置。
- 前記実施判断部は、前記モータの回転速度に関する情報に基づき、前記電圧補正処理を行うか否かを判定する請求項1〜3のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
- 前記実施判断部は、前記電圧補正処理の要否判定結果に応じた実施ゲインおよび前記基本電圧補正値に基づき、前記電圧補正値を演算して出力する請求項1〜4のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
- 前記電圧補正値は、所定の帯域を制限するフィルタを通過した値である請求項1〜5のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
- 前記モータ(85)は、複数の前記コイル(86、87)を有しており、
前記インバータ回路(120、220)は、それぞれの前記コイルに対応して設けられていることを請求項1〜6のいずれか一項に記載のモータ制御装置。 - 対応して設けられる前記コイルと前記インバータ回路との組み合わせを系統とすると、
前記実施判断部(157、257)は、系統ごとに設けられ、対応する系統の前記電流指令値、対応する系統の前記電流検出値、および、前記モータの回転速度に関する情報の少なくとも1つに基づいて、前記電圧補正処理を行うか否かを判定する請求項7に記載のモータ制御装置。 - 前記実施判断部(357)は、複数の系統に対して1つ設けられ、複数の系統の電流和に係る前記電流指令値、複数の系統の前記電流検出値の和、および、前記モータの回転速度に関する情報の少なくとも1つに基づいて、前記電圧補正処理を行うか否かを判定する請求項7に記載のモータ制御装置。
- 前記電圧指令値演算部(162、262)は、系統ごとに設けられ、
前記前回補正電圧出力部(158、258)は、それぞれの系統に係る前記電圧補正値の前回値を、対応する前記電圧指令値演算部にフィードバックする請求項8または9に記載のモータ制御装置。 - 前記電圧指令値演算部(362)は、複数の系統の電流和に基づいて前記電圧指令値を演算し、
前記前回補正電圧出力部(358)は、それぞれの系統に係る前記電圧補正値の和の前回値を、前記電圧指令値演算部にフィードバックする請求項8または9に記載のモータ制御装置。 - 前記電圧補正値は、下限ガード値以上、上限ガード値以下となるように、上下限ガード処理がなされている請求項1〜11のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
- 内部温度を検出する温度検出部(45)をさらに備え、
前記電圧補正値は、前記内部温度に応じて可変である請求項1〜12のいずれか一項に記載のモータ制御装置。 - 請求項1〜13のいずれか一項に記載のモータ制御装置(1)と、
運転者による操舵部材(91)の操舵を補助するアシストトルクを出力する前記モータと、
前記モータの駆動力を駆動対象(92)に伝達する動力伝達部(89)と、
を備える電動パワーステアリング装置。
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